一、Java的I/O总述

I/O模型：就是用什么样的通道或者通信模式和架构进行数据的传输和接收，很大程度上决定了程序通信的性能，包括BIO、NIO、AIO

1、I/O模型

BIO： 同步并阻塞(传统阻塞型)，服务器实现模式为一个连接一个线程，即用户端有连接请求时服务器就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情就会造成不必要的线程开销

NIO： 同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求连接，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询连接有I/O请求就进行处理

AIO： 异步非阻塞，服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理，一般适用于连接数较多且连接市场较长的应用

2、应用

BIO： 适用于连接数目较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中
NIO： 连接数目多且连接比较短(轻操作)架构，比如聊天服务器等
AIO： 用于连接数目多连接比较长(重操作)的架构，比如相册服务器

二、BIO模式

1、传统的服务器、客户端通信(一对一)：

package BIO;import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Server {public static void main(String[] args){System.out.println("服务端启动");try{//定义一个ServerSocket对象进行服务器端口注册ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);//监听客户端的连接请求Socket socket = ss.accept();//从socket管道中得到一个字节输入流对象InputStream is = socket.getInputStream();//把字节输入流包装秤一个缓冲字符输入流BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));String msg;while((msg = br.readLine())!=null){System.out.println("服务器接收到："+msg);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

package BIO;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建socket对象请求服务器的连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);//从socket对象中获取一个字节输出流OutputStream os = socket.getOutputStream();//把字节输出流包装成一个打印流PrintStream ps = new PrintStream(os);Scanner sc = new Scanner(System.in);while(true){System.out.println("请说");String msg = sc.nextLine();ps.println(msg);ps.flush();}}
}

运行结果：

原因：while((msg = br.readLine())!=null){System.out.println(“服务器接到：”+msg); }服务器中要求接受到一行的数据，而客户端 ps.print(“hello world 服务器”);只是输出一堆文字而没有换行，所以服务器还在继续等待，但是客户端发完之后就挂掉了，因此服务端认为还没有接受到一行消息结果客户端就没了，所以才报错

结论：在以上通信中，服务端会一直等待客户端的消息，如果客户端没有进行消息的发送，服务端将一直进入阻塞状态。同时服务端是按照行获取消息的，这就意味着客户端也必须按照行进行消息发送，否则服务端将进入等待消息的阻塞状态

2、服务器和客户端的通信(一对多)

引入线程，一个线程处理一个客户端的请求

package BIO;import javax.print.DocFlavor;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Server {public static void main(String[] args){try{//注册端口ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);//定义一个死循环，负责不断地接收客户端的socket请求while(true){Socket socket = ss.accept();//注册一个独立的线程来处理这个客户端的请求new ServerThreadReader(socket).start();}}catch (IOException e){e.printStackTrace();}}
}class ServerThreadReader extends Thread {private Socket socket;public ServerThreadReader(Socket socket){this.socket = socket;}public void run(){try{//从socket对象中得到一个字节输入流InputStream is = socket.getInputStream();//使用缓冲字符输入流包装字节输入流BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));String msg;while((msg = br.readLine())!=null){System.out.println(msg);}}catch (Exception e){e.printStackTrace();}}
}

package BIO;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;  //创建socket对象请求服务器的连接import java.util.Scanner;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {try{//创建socket对象请求服务器的连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);//从socket对象中获取一个字节输出流OutputStream os = socket.getOutputStream();//把字节输出流包装成一个打印流PrintStream ps = new PrintStream(os);Scanner sc = new Scanner(System.in);while(true){System.out.println("请说");String msg = sc.nextLine();ps.println(msg);ps.flush();}}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}
}

3、伪异步IO编程

在上述案例中：客户端的并发访问增加时。服务器将呈现1:1的线程开销，访问量越大，系统将发生线程栈溢出，线程创建失败，最终导致进程宕机或者僵死，从而不能对外提供服务。

可以采用伪异步IO通信框架，采用线程池的任务队列实现，当客户端接入时，将客户端的Socket封装成一个Task(该任务实现java.lang.Runnable线程任务接口)交给后端的线程池中进行处理。JDK的线程池维护一个消息队列和N个活跃的线程，对消息队列中的Socket任务进行处理，由于线程池可以设置消息队列的大小和最大线程数。因此，它的资源占用是可控的，无论多少个客户端并发访问，都不会导致资源的耗尽和宕机。

服务器端：

package BIO;import jdk.internal.util.xml.impl.Input;
import sun.reflect.annotation.ExceptionProxy;import javax.print.DocFlavor;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.nio.Buffer;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.logging.Handler;public class Server {public static void main(String[] args){try{ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);//初始化一个线程池对象HandlerSocketServerPool pool = new HandlerSocketServerPool(6,10);while(true){Socket socket = ss.accept();//把socket封装成一个任务对象交给线程池处理Runnable target = new ServerRunnableTarget(socket);pool.execute(target);}}catch(Exception e){e.printStackTrace();}}}class HandlerSocketServerPool {//创建一个线程池的成员变量用于存储一个线程池对象private ExecutorService executorService;//初始线程池对象public HandlerSocketServerPool(int maxThreadNum, int queueSize){executorService = new ThreadPoolExecutor(3,maxThreadNum,120, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<Runnable>(queueSize));}//提供一个方法来提交任务给线程池的任务队列来暂存，等着线程池来处理public void execute(Runnable target){executorService.execute(target);}
}class ServerRunnableTarget implements Runnable {private Socket socket;public ServerRunnableTarget(Socket socket){this.socket = socket;}public void run(){try{InputStream is = socket.getInputStream();BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));String msg;if((msg = br.readLine())!=null){System.out.println("服务端接收到："+msg);}}catch(Exception e){e.printStackTrace();}}
}

package BIO;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;  //创建socket对象请求服务器的连接import java.util.Scanner;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {try{//创建socket对象请求服务器的连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);//从socket对象中获取一个字节输出流OutputStream os = socket.getOutputStream();//把字节输出流包装成一个打印流PrintStream ps = new PrintStream(os);Scanner sc = new Scanner(System.in);while(true){System.out.println("请说");String msg = sc.nextLine();ps.println(msg);ps.flush();}}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}
}

4、BIO模式下的文件上传

客户端：

package BIO;import java.io.*;
import java.net.Socket;  //创建socket对象请求服务器的连接import java.util.Scanner;
/*目标：实现客户端上传任意类型的文件数据给服务端保存起来*/
public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {try{//1、请求与服务器的Socket进行连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);//2、把字节输出流包装成一个数据输出流DataOutputStream dos = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());//3、先发送上传文件的后缀给服务端dos.writeUTF(".png");//4、把文件数据发送给服务器进行接收InputStream is = new FileInputStream("c:\\d.txt");byte[] buffer = new byte[1024];int len;while((len = is.read(buffer))>0)dos.write(buffer,0,len);dos.flush();socket.shutdownOutput();//通知服务端数据发送完毕}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}
}

服务器端：

package BIO;import jdk.internal.util.xml.impl.Input;
import sun.reflect.annotation.ExceptionProxy;import javax.print.DocFlavor;
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.nio.Buffer;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.logging.Handler;public class Server {public static void main(String[] args){try{ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);while(true){Socket socket = ss.accept();new ServerReaderThread(socket).start();}}catch(Exception e){e.printStackTrace();}}}class ServerReaderThread extends Thread {private Socket socket;public ServerReaderThread(Socket socket){this.socket = socket;}public void run(){try{//1、得到一个数据输入流读取客户端发送过来的数据DataInputStream dis = new DataInputStream(socket.getInputStream());//2、读取客户端发送过来的文件类型String suffix = dis.readUTF();//3、定义一个字节输出管道负责把客户端发来的文件数据写出去OutputStream os = new FileOutputStream("c:\\d.txt"+ UUID.randomUUID().toString()+suffix);//4、从数据输入流中读取文件数据，写出到字节输出流中取byte[] buffer = new byte[1024];int len;while((len = dis.read(buffer))>0)os.write(buffer,0,len);}catch(Exception e){e.printStackTrace();}}
}

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